2 TÉCNICAS DE PROCESADO

Se presenta a continuación la relación de las técnicas de procesado empleadas para la obtención de los materiales compuestos, indicando las principales características de cada una de ellas.

2.1 MEZCLADOR DISCONTINUO O AMASADORA

Antes de extruir los materiales compuestos, se utilizó un mezclador discontinuo para conocer de forma aproximada la reología en fundido de las mezclas de polipropileno y serrín. Los registros obtenidos de torque en función del tiempo a diferentes velocidades de giro de los tornillos permitieron determinar las condiciones iniciales de procesado de la formulación (temperaturas y torque).

Las mezclas fueron preparadas en una amasadora de doble husillo (Brabender 50 EHT).

2.2 EXTRUSORA

La extrusión es un proceso continuo para producir semielaborados a partir de polímeros en forma de granza o polvo. La extrusora es la parte común a todas las instalaciones de extrusión y a los procesos que se fundamentan sobre ella. Se compone de diferentes partes, como son la tolva, husillo, sistema de calefacción y boquilla. La tolva se encarga de alimentar a la extrusora con el material que se ha de transformar. Como habitualmente los materiales se deslizan mal, suele dotarse a la tolva de un dispositivo de agitación suplementario. Además, en nuestro sistema de extrusión se ha introducido una segunda tolva de alimentación forzada de tornillo vertical (figura 2.5) para alimentar el serrín. La diferencia de densidades presentadas por los materiales de partida (PP y WF) es considerable y la alimentación de ambos componentes desde una misma tolva de alimentación provoca la decantación de los materiales, no asegurándose la correcta administración de los mismos a la extrusora.

Figura 2.5 Tolva de alimentación forzada con tornillo vertical.

El husillo de la extrusora desempeña multitud de funciones, como cargar, transportar, fundir y homogeneizar el fundido, y por ello es considerado como la pieza clave de la extrusora. Dispone de varias zonas diferenciadas que permiten transformar la mayoría de termoplásticos en condiciones térmica y económicamente satisfactorias. En la zona de alimentación se produce la carga del material todavía sólido y empieza su fundido y transporte. En la zona de plastificación el material es fundido completamente y compactado gracias a la profundidad de filete cada vez

menor. En la zona de descarga) se homogeniza el material y se le da la forma deseada.

Una magnitud característica de gran importancia, es la relación entre la longitud y el diámetro exterior del husillo, L/D. Este cociente determina la capacidad de plastificación del husillo.

Independientemente del diseño que presenten, hay una serie de condiciones que deben cumplir todos los husillos y, por ende, todas las extrusoras:

• Permitir un transporte constante, sin grandes pulsaciones.

• Producir una masa fundida térmica y mecánicamente homogénea.

• Permitir la transformación del material por debajo de su límite de

degradación térmica o mecánica.

La fusión del material dentro de la extrusora no tiene lugar únicamente gracias a la fricción, sino también gracias al aporte externo de calor. De esto se encarga el sistema de calefacción. El sistema se halla dividido en varias zonas, que pueden calentarse o enfriarse de forma independiente. De este modo se consigue la distribución de temperaturas deseada en el cilindro.

Se empleó una extrusora Brabender de doble tornillo modelo DSE 20 para procesar la formulación en forma de granza.Sus principales características se presentan en la tabla 2.5.

BRABENDER DSE 20

Nº tornillos 2

Sentido de giro corrotante

Diámetro tornillo 20mm

Largo tornillo 795mm

Nº zonas de calefacción 6

Momento giro tornillo máx. 40Nm Rango de temperatura máx. 400 ºC P trabajo recomendada 100/120 bar Tipo de refrigeración Agua

La configuración de los husillos de la extrusora Brabender DSE 20 está representada en la figura 2.7. Se trata de husillos engranados en los que existen dos zonas para alimentación y dos zonas de desgasificación, situadas a continuación de las zonas de compresión del material.

Tolva 2

(Alimentación forzada)

Desgasificadores Tolva 1

Elementos de mezclado y compactado

Figura 2.7 Diseño de los tornillos engranados de la extrusora Brabender DSE 20 Pueden apreciarse en la figura los diferentes anchos de filete del husillo. Así, en las zonas de captación de material, el ancho de filete es mayor que en la zona de salida del material, en la que se requiere la compactación del mismo.

2.3 INYECTORA

Su tarea principal consiste en la fabricación discontinua de piezas a partir de masas de moldeo de elevado peso molecular, con la ayuda de presiones elevadas (definición según DIN 24450). En este trabajo, fue empleada para la transformación de la granza en probetas de dimensiones según norma ISO 527 e ISO 179 a fin de ensayarlas posteriormente.

La inyección representa el proceso más importante de fabricación de piezas de plástico. Es adecuada para artículos de gran consumo, ya que la materia prima normalmente puede transformarse en un producto terminado en un solo paso. Absolutamente decisivo para la economía del proceso es el número de piezas producidas por unidad de tiempo, que depende en gran medida del tiempo de refrigeración de la pieza dentro del molde, y éste, a su vez, del espesor de pared de la pieza.

En el proceso de inyección, la unidad de inyección se encarga de fundir el plástico, homogeneizarlo, transportarlo, dosificarlo e inyectarlo en el molde. La unidad de inyección tiene, por lo tanto, dos funciones que son por un lado plastificar el material y, por otro, debe inyectarlo en el molde. La máquina empleada para los ensayos está dotada de un husillo plastificador, que actúa también como émbolo de inyección. El husillo da vueltas dentro de un cilindro calefactado, en el que se incorpora el material proveniente de la tolva de alimentación.

La placa de sujeción del molde, en el lado de inyección, es fija, mientras que la del lado de expulsión puede deslizarse sobre cuatro guías. En estas placas de sujeción va montado el molde, de manera que las piezas caen hacia abajo cuando éste se abre.

Se utilizó una inyectora modelo Battenfeld Plus 350, cuyos principales datos técnicos se muestran en la tabla 2.6.

Unidad de inyección

Diámetro de husillo 25 mm

Presión máxima de inyección 1575 bar

Volumen máximo de inyección 49 cm3

Relación L/D de husillo 14

Recorrido del husillo 100 mm

Revoluciones máximas de husillo 400 min-1

Capacidad de plastificación 12 g/s

Fuerza de cierre – fuerza de apertura 350 – 28 kN

Fuerza del expulsor máx. 26.2 kN

Accionamiento

Potencia de accionamiento 7.5 kW

Tabla 2.6 Principales datos técnicos de la Inyectora Battenfeld Plus 350.